TW201026601A - Method and apparatus for generating a crude synthesis gas - Google Patents

Description

201026601 六、發明說明：. 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種用以根據冶金程序之輸出氣體產 生一包含氫氣（H2)及一氧化碳（CO)之氣體以做爲一用於合 成製程中之化學利用的原料之方法及設備，該輸出氣體之

至少一部分在水蒸氣之添加下，於一轉換反應器中經歷CO 轉換，以及形成具有一H2對CO之定義數量比（quantity _ ratio)之粗合成氣。 ❹ 【先前技術】 根據習知技藝知道爲了利用傳送來自冶金廠之輸出氣 體，以及在此背景中，特別地，可以採用熱利用（例如，燃 燒），或者其它膨脹式渦輪機之壓力使用。再者，在處理後， 可以將該輸出氣體用於例如氧化材料之直接還原。 然而，在此情況中，產生下列問題：熱利用之效率較低 或需要複雜製程來處理該輸出氣體或燃燒產物。 〇 【發明內容】 因此，本發明之一目的在於可獲得一種允許輸出氣體 之化學利用及因而使可用的該輸出氣體成爲一有用材料及 —用於化學合成製程之原料的方法及設備。 此目的藉由如申請專利範圍第1項所述之本發明的方 法及藉由如申請專利範圍第25項所述之設備來達成。 藉由本發明之方法，使用該输出氣體之可燃性及因而 使用能量含量（表示成卡値），以便產生水蒸氣，該水蒸氣 .201026601 用以設定在該轉換反應器中之H2對CO之數量比（quantity ratio)。甚至可在該方法中在至少一蒸汽產生器中至少部分 產生CO轉換所需之水蒸氣。來自冶金程序之輸出氣體在 某種程度上可用於化學利用，此乃因爲它具有高含量之C0 及H2。藉由水蒸氣之導引加入，可在適當反應條件下以一 導引方式設定CO對H2之比率。爲此目的，使用C0轉換 原理（就其本身而言係已知的），co + H2o及co2 + h2間之水 氣反應的化學平衡受到影響。 依據本發明之方法的一有利態樣，該冶金程序係一熔 融還原程序（melt-reduction process)，其中該熔融還原程序 係以一鼓風爐（blast furnace)或以一熔化氣化爐（melt-down gasifier)來操作，該爐結合至少一還原總成（特別是一還原 豎井（reduction shaft)或一流體化床反應器（fluidized bed reactor))工作，使含氧化鐵原料（特別是鐵礦（iron ores)、 團礦（pellets)或燒結物（sinter))及聚集體（aggregates)還 〇 原，以便形成一還原氣體，以及接著熔化成液態生鐵。 熔融還原程序產生一用以還原該等批料之還原氣體， 以及在此，特別是用於例如鐵礦之大部分氧化礦的還原。 爲此目的，在該等程予中，例如，使煤炭或焦炭氣化及形 成一還原氣體。可以在一鼓風爐中或在一熔化氣化爐中發 生該煤炭之氣化，在後者之情況中，如果適當的話，在純 化後，該還原氣體流入該還原總成中，以及該還原程序在 與該等批料直接接觸下進行。除了以單一還原總成所實施 -4 - 201026601 之方法之外，亦可以使用複數個還原總成（例如，複數個串 接流體化床反應器）。在此，安排該還原氣體從一流體化床 反應器至下一個相反於該等批料之流動方向的流體化床反 應器。 依據本發明，從來自一鼓風爐或一還原豎井之爐頂氣 或從來自一流體化床反應器之廢氣或從來自一熔化氣化爐 之過量氣體或從這些氣體之混合物獲得該輸出氣體。據了 解，爐頂氣係表示在其與該等批料直接接觸後或在此情況 發生間接還原後之還原氣體。該項技藝者將從該流體化床 反應器（特別是從一串列流體化床反應器之最後一個流體 化床反應器）所排出之還原氣體稱爲廢氣。由於在該爐頂氣 中或在該廢氣中主要具有大部分的CO與H2，因此，適用 於合成程序中。因爲在該熔化氣化爐中所形成之還原氣體 量隨著時間而有所不同，所以必須像所知將過量氣體加入 該輸出氣體。過量氣體之數量係起因於在該還原總成中所 Φ 需固定還原氣體量及在一熔化氣化爐中之系統壓力的調 節。 依據本發明之方法的一特別有利態樣，藉由該輸出氣 體之至少另一部分的燃燒及/或藉由使用來自該冶金程序 及/或來自 CO轉換及/或來自該等合成程序之廢熱在該蒸 汽產生器中產生水蒸氣。一方面藉由輸出氣體之燃燒及另 —方面藉由使用廢熱可以獲得CO轉換所需之水蒸氣。由 於輸出氣體之至少部分燃燒，可在水蒸氣之產生中達到相 .201026601 當大的節省。再者，有利的是，由於燃燒，分解在該輸出 氣體中之有毒部分。在此情況中，特別地，例如藉由一熱 交換器使用來自該等冶金程序、來自CO轉換或來自在此 情況中所形成之粗合成氣或來自該等合成程序之廢熱，以 便可以高能量效率方式產生水蒸氣。在此情況中可以使用 一個或多個蒸汽產生器，以及在涉及廢熱之使用的情況 中，可以將這些設計成例如熱交換器。 再者’在使用於該轉換反應器前，可能在一所謂飽和 器中最好將熱水添加至該輸出氣體，以在此情況中增加在 該輸出氣體中之水蒸氣含量。有利地，爲此目的，可以使 用來自該轉換反應器或來自該轉換反應器下游之熱交換器 的濃縮物。藉所用之飽合器，可明顯地減少添加蒸汽之所 需數量。 依據本發明之方法的另一有利態樣，爐頂氣及/或廢氣 被（特別地，乾式）除麈，及/或藉由濕式除塵被純化，如果 適當的話，藉由一廢熱蒸汽產生器或一熱交換器或調節裝 置（例如，經由2-組件噴嘴來注入水）被冷卻及可用以做爲 輸出氣體。可藉由熱交換器使用該輸出氣體之顯熱，以便 使熱的或者大部分冷的輸出氣體可用於CO轉換。在使用 乾式除塵及因而使用熱爐頂氣及/或熱廢氣之情況中，它的 顯熱可使用於該CO轉換，以便在CO轉換前不會發生加熱 或只會有輕微加熱。 依據本發明之方法的一特別態樣，在將該輸出氣體饋 .201026601 入該轉換反應器前’或者在從該轉換反應器排放該輸出氣 體後，藉由一壓縮器壓縮該輸出氣體，如果適當的話，在 從該輸出氣體分離出多苯環芳香煙（polyaromatic hydrocarbons)後，壓縮該輸出氣體。由於該壓縮，對CO 轉換或對在CO轉換期間所形成之粗合成氣的可能隨後處 理設定壓力。壓縮導致該壓縮氣體之溫度上升，此有利於 大部分的C0轉換方法，此乃因爲該已加熱氣體不再需要 被加熱至如此高。由於該等多苯環芳香烴之分離，使焦油 成分與該輸出氣體分離，因此，可避免對壓縮及CO轉換 之不利影響。 依據本發明之方法的一適合態樣，如果適當的話，在 該輸出氣體之加熱後，特別是在3 00-4 5 0°C下發生CO轉 換。熱CO轉換（例如，使用鐵/鉻基或鈷基催化劑）提供下 面優點：它們對硫或硫化合物（例如，H2S)不具有敏感性， 以便可使用高達10 Oppmv之硫，以及再者，因而亦適用於 φ 在輸出氣體中所存在之硫化合物。 相較於根據藉由一固定床、空氣懸浮流量或流體化床 之傳統煤炭氣化方法，根據熔融還原方法之輸出氣體具有 下面優點：它只具有非常低硫含量。使透過該等原料及聚集 體所引入之硫藉由該等聚集體大大地被除去及透過該熔融 還原廠之爐渣從該鐵生產程序被移除。因此，在該輸出氣 體（大部分鍵結成H2S及cos)中之硫含量明顯低於已知煤 炭氣化方法中之硫含量。因此，在該CO轉換前沒有必要 201026601 發生分離脫硫，因爲該輸出氣體已充分包含小量之硫，有 時小於lOOppmv。 依據本發明之方法的一有利態樣，藉由操作成爲一預 加熱組合件之一個或多個熱交換器及/或藉由一水冷器及/ 或藉由一廢熱蒸汽產生器來冷卻該粗合成氣，以便設定溫 度。在CO轉換已發生後，可利用已以期望數量比之h2及 CO存在的該粗合成氣之廢熱於傳統熱交換器中或用以產 生水蒸氣。 ❺ 依據本發明，該粗合成氣先被冷卻及然後被傳送至一 分離程序（特別是一吸附程序，最好是物理吸附或化學吸附 或物理/化學吸附），其中硫及co2至少部分（特別是大部分 完全）與該粗合成氣分離。 已知物理吸附程序係Rectisol®或Selexol程序，已知 化學吸附程序係胺洗氣（amine scrubbing)或 Benfield程 序，以及一已知物理/化學吸附程序係Sulfinol程序。 Q 對於在合成程序中之化學利用（例如，氨水、甲醇或甲 烷生產或、羥基合成醇（oxo-alcohol)生產），必需以一特定 H2/CO比設定一儘量純的CO/H2混合物。藉由已列出之本 質上已知方法，可實際完全分離co2與硫，以便可設定相 對於髙達lppmv之容積的H2S含量。通常，此型態之方法 係在低溫下操作，以及因此，以冷卻設定該程序所需之氣 體溫度。分離程序大部分需要壓縮，以便設定該分離程序 所需之分壓（特別是充分高的C02分壓）。在一 Rectisol程 201026601 序中’例如’需要Pc〇2 = 6巴之最小C〇2分壓。爲此目的， 將該粗合成氣壓縮至約10-35 barg。知道術語” barg”係表示 相對壓力單兀”bar gauge”。 在依據本發明之方法的一特別態樣中，加熱在該分離 程序中所處理之粗合成氣特別至200-400 °C之溫度，以及 如果適當的話’特別是藉由氧化鋅或活化木炭在一另外精 細脫硫階段中使該粗合成氣脫硫。像例如用於具有 <0.1 ppmv之甲醇生產，該額外精細脫硫階段允許該硫含量 在該粗合成氣中進一步減少至小.於0.02ppmvH2S之非常低 殘餘含量。由於加熱，設定用於脫硫之最佳約200-400°C 的溫度。例如，可以使用氧化鋅吸附方法或活性木炭方法 等做爲一精細脫硫階段。 在依據本發明之方法的一特別態樣中，使用在該熱交 換器中之粗合成氣的冷卻期間所發生的廢熱來加熱在該分 離程序中所處理之粗合成氣。藉由所使用之廢熱，可發生 該處理粗合成氣之有效加熱。 在依據本發明之方法的一特別有利變型中’將在該廢 熱蒸汽產生器中之冷卻期間所發生之水蒸氣傳送至該轉換 反應器，以便用於CO轉換。結果’可減少水蒸氣產生之 能量需求。 在依據本發明之方法的一特別態樣中’以一熱交換器 將特別在該分離程序中所處理之粗合成氣加熱至 200-450 °C之溫度。有利的是，在此情況中，可以使用該粗 .201026601 合成氣於該分離製程之處理前在該熱 所發生之熱。該粗合成氣在此情況中 程序所需之溫度。 在依據本發明之方法的一較佳f 話’在該進一步精細脫硫階段前及/ 以一壓縮器壓縮該粗合成氣。壓縮係 法所需之壓力位準。在該粗合成氣之 熱減少用以使該粗合成氣處於該精細 合成程序所需之處理溫度所需之能量 在依據本發明之方法的一特別態 置中使個別硫與個別co2分離，該剩 冶金程序中來取代氮，特別是用於: 隔。爲了使該co2與該能被無限地用 成氣分離，必需對此實施脫硫。在此 使用硫化氫氧化方法（LO-CAT II)，其 Q 餅（filter cake)。然後，該脫硫C02可 如做爲一用以相對於大氣密封程序組 放至大氣中。 在依據本發明之方法的另一有利 之另一部分在該蒸汽產生器中燃燒前 氣器中，以便補償該輸出氣體之數量 於要儘量均勻地操作之該蒸汽產生器 固定卡値及固定數量之輸出氣體。爲 交換器中之冷卻期間 被加熱至該隨後合成 握樣中，如果適當的 或在該合成程序前， 發生在該個別合成方 壓縮期間所發生之加 脫硫階段及或一隨後 供應。 樣中，在一硫再生裝 餘C02能被使用在該 泪對於大氣之氣體阻 / 在工業規模上之粗合 情況中，例如，可以 中將硫分離成爲一濾 在工業應用中用來例 合件之氣體阻隔或排 態樣中，該輸出氣體 在中途被儲存於一儲 及/或卡値的變動。對 ，必需有可用之具有 了達成這些條件，在 -10- 201026601 中途將該輸出氣體儲存在一儲氣器中，在此情況中可補償 卡値及容積之變動。藉由該儲氣器之充分大容積，可達成 對該蒸汽產生器之大部分固定供應。 依據本發明，封閉該輸出氣體之部分，以做爲在其它 加熱裝置中之燃料氣體。結果，可使用沒有用於水蒸氣產 生器或CO轉換之輸出氣體的剩餘數量；除了熱利用之外， 亦可使用壓力能量。 在依據本發明之方法的一有利態樣中，將該粗合成氣 之H2對CO之數量比及/或壓力及/或溫度設定成爲用以處 理該粗合成氣之該合成程序的函數。合成程序係在不同壓 力及溫度下且以H2對CO之不同數量比來操作。在此情況 中，例如，甲醇生產需要2.0至2.3之H2對CO之數量比， 換句話說，（112-(：02)/((：0 + (：02)比率等於2.03，然而，例如， 羥基合成醇合成需要1.0至1.2之數量比。由於該方法之彈 性，因此可對該個別合成方法確切設定該粗合成氣。 Q 在依據本發明之方法的一有利態樣中，將做爲能量載 體之在該蒸汽產生器中所形成的水蒸氣之至少部分傳送至 該分離程序，發生該吸附co2從在該分離程序中所使用之 吸收液的熱排除。藉由來自所使用之蒸汽產生器的水蒸 氣，可以高能量效率方式操作該分離程序。熱排除在此情 況中構成一用以分離co2之可能方法。 於依據本發明之方法的一特別有利態樣中，在該輸出 氣體中之H2對CO的數量比係受該冶金程序中之水及/或水 -11- 201026601 蒸氣的添加之影響及因而，適合於一隨後合成程序。因此， 甚至在CO轉換前，藉由此手段，可以一導引方式影響該 輸出氣體之成分。結果，特別地，可使用來自該冶金程序 之H2及/或水蒸氣，以及因此，可使該輸出氣體成分與該 計畫計化學利用協調一致。 依據本發明，使來自該冶金程序之一 C02移除裝置的 尾氣與該輸出氣體之另一部分混合及在該蒸汽產生器中燃 燒。因此，亦可以使用像在C02移除裝置中所發生之程序 氣體於水蒸氣之產生中。 依據本發明，使來自該合成程序之清掃氣與該輸出氣 體之另一部分混合及在該蒸汽產生器中燃燒。清掃氣係在 合成程序中之氣體的循環期間中發生。在該合成程序中， 由於此時達到該熱力平衡，因此，大多僅該粗合成氣之一 部分反應。因此，要增加反應速率，需要循環型態之操作， 使程序用水及例如甲醇凝結及分離。將該未反應合成氣再 〇 循環至該合成反應器中。爲了避免不佳氣體成分之不必要 的增濃，必須將部分鎖在該循環之外做爲清掃氣，其中該 清掃氣可與輸出氣體一起被熱利用。 在依據本發明之方法的一特別態樣中，來自該冶金程 序之廢熱係使用於水蒸氣之生產，以及傳送在此情況中所 產生之水蒸氣至該轉換反應器及/或該分離程序。結果，來 自該治金程序本身之廢熱及因而所獲得之水蒸氣可用於 CO轉換或用於該充滿有co2之吸收液的再生及用於該分 -12- 201026601 離程序’以便可達成效率之進一步增加。該廢熱可以例如 從熱爐頂氣、廢氣或過量氣體獲得。 冶金程序大多需要例如使程序材料可用於該冶金程序 之其他輔助方法。一範例係通常結合至冶金程序之氧氣產 生。因此，來自這樣的輔助方法或像氧氣產生或合成氣製 備之工廠的廢熱亦可用於蒸汽產生。 在依據本發明之方法的一特別態樣中，除了該輸出氣 體之外或取代該輸出氣體，使用部分氧化碳氫化合物（特別 是天然氣、柏油、煤炭或揮發油）。取代或除了該輸出氣體 之外，藉該等另外氣體可達成一多餘方法，以致於甚至在 該冶金程序之計畫停止之情況中或在故障之情況中，仍可 維持該合成程序之操作。 依據本發明之設備提供管線連接至該轉換反應器之輸 出氣體源，以便在水蒸氣之添加下，可使該輸出氣體之至 少部分在該轉換反應器中經歷CO轉換。在此情況中，形 φ 成一具有一 H2對CO之定義數量比的粗合成氣。爲產生CO 轉換所需之水蒸氣，該輸出氣體源管線連接至該蒸汽產生 器，以便可在該蒸汽產生器中，至少部分燃燒該輸出氣體 之另一部分，從而形成水蒸氣，或可經由一蒸汽管線將該 形成水蒸氣傳送至該轉換反應器。在另一選擇中，亦可想 到藉來自一廢熱回收廠之水蒸氣來供應給該轉換反應器。 在依據本發明之設備的一可能變型中，提供一用以從 該粗合成氣分離出硫與co2之分離裝置，該分離裝置經由 -13- 201026601 一粗氣管線連接至該轉換反應器。該所使用之分離裝置可 以包括例如由一吸附塔（absorption column)及一汽滌塔 (stripper column)所構成之本質上已知的裝置。從習知技藝 可收集此型態之裝置。 依據本發明之設備的一特別態樣，提供一從該蒸汽產 生器或廢熱回收廠通向該分離裝置之蒸汽管線，以便可傳 考水蒸氣或另一熱氣蒸汽形式之能量至該分離裝置。藉由 水蒸氣或廢熱之供應，可施加C02之大部分熱排除所需的 ❹ 能量，以致於不需要額外能量源。 於依據本發明之設備的另一態樣中，在該粗氣管線中 提供一熱交換器及/或預加熱器及/或一水冷器及/或一廢熱 蒸汽產生器，以便冷卻從該轉換反應器所傳送之粗合成 氣。該粗合成氣之進一步處理需要冷卻，在此情況中所排 放之熱能在一熱交換器中被排放或用於蒸氣產生。在此情 況中’可以使用氣體/氣體熱交換器或液體/氣體熱交換 φ 器’後者可具有該合成氣之較大冷卻。 在依據本發明之設備的一特別有利態樣中，爲了使殘 餘硫與在該分離裝置中已處理之粗合成氣分離，提供一精 細脫硫階段（特別是根據氧化鋅或活性木炭）。此型態之精 細脫硫階段可以採用氧化鋅吸附法或在吸附塔中發生之活 性木炭法的形式。 在依據本發明之設備的一有利態樣中，提供至少一用 以在引入該轉換反應器前壓縮該輸出氣體之壓縮器（特別 -14- 201026601 是一單段或多段壓縮器）及/或一用以在引入該分離裝置或 引入該脫硫階段前壓縮該粗合成氣之壓縮器。尤其，當需 要較高壓縮時，使用多段壓縮。壓縮導致該壓縮氣體之加 熱。分成兩個壓縮器之一優點在於：在co2與硫之分離後， 只須將該粗合成氣之部分（例如，對於一甲醇產生而言，約 5 5%)壓縮至該合成程序所需之壓力，此乃因爲在該分離裝 置中已分離出該合成氣之大的部分之co2(例如，對於一甲 醇產生而言，約45%)。 ❹ 在依據本發明之設備的一特別有利態樣中，該分離裝 置管線連接至該精細脫硫階段，如果適當的話，此連接經 過一預加熱器，以致於可在該粗合成氣被引入該脫硫階段 前，加熱該粗合成氣。藉由該熱交換器，該粗合成氣可適 應於該脫硫階段及/或該合成程序用之最佳溫度；由於該廢 熱之使用，發生該氣體之能量有效加熱。 在依據本發明之設備的另一有利態樣中，提供一用以 φ 從在該分離裝置中所分離出之硫與co2的混合物使硫再生 之硫再生裝置。在此情況中，分離出硫成爲一濾餅，以及 可以以一硫化氫氧化法（LO-CAT II)操作該分離裝置》 在依據本發明之設備的一特別態樣中，該輸出氣體源 係一熔融還原廠及特別包括一鼓風爐或一具有至少一還原 總成之熔化氣化爐。此型態之冶金組合件以可充分用於化 學利用之數量及品質來產生輸出氣體。使用依據本發明之 方法。由於設定該輸出氣體之成分的可能性，此型態之工 -15- 201026601 廠特別適用於做爲一輸出氣體源。 在依據本發明之設備的一有利態樣中’該還原總成係 設計成爲一鼓風爐或一還原豎井或一流體化床反應器或至 少兩個串接流體化床反應器。從該等組件排出在與該等待 還原批料反應後在該等還原總成中所產生之還原氣體。根 據該方法，在此情況中獲得一富CO及H2氣體，其在除塵 及/或洗氣後可用於做爲輸出氣體。 在依據本發明之設備的一可能變型中，提供一用於在 該輸出氣體之另一部分在該蒸汽產生器中燃燒前該輸出氣 體之另一部分的中間儲存之儲氣器，以便可補償該輸出氣 體之數量及/或卡値的變動。以下面方式選擇該儲氣器之容 量：儘管該輸出氣體數量或它的成分之工廠相關變動，可確 保對該蒸汽產生器之大部分固定供應。 依據本發明之設備的一特別態樣中，提供一用以從該 輸出氣體移除多苯環芳香烴之除塔裝置，該除塔裝置係配 Φ 置在該輸出氣體源與該轉換反應器間之連接管線中。結 果’可移除可能對氣體處理（例如，壓縮）及化學利用有不 利影響之不要的成分。 依據本發明之設備的一特別態樣中，該廢熱回收器及/ 或該熱交換器及/或該預加熱器係提供用以產生水蒸氣及 管線連接至該轉換反應器，以便可將所形成之水蒸氣傳送 至該轉換反應器。結果，該廢熱可用於蒸汽產生。同樣地， 該等合成廠可以具有廢熱蒸汽產生器（例如，在該合成程序 -16- 201026601 之等溫程序管理的情況中），以致於亦可使用來自該等合成 程序之廢熱於水蒸氣產生。 下面以第1及2圖經由範例來更詳細說明本發明。 【實施方式】 ❺ ❿ 第1圖顯示用以處理來自一冶金程序或一冶金廠（例 如，”COREX®”型熔融還原廠）之輸出氣體的程序圖及工 廠》工廠部A包括熔融還原廠，以及工廠部B包括用以產 生粗合成氣及合成產物之工廠，同時工廠部C係有關於蒸 汽產生。 在一熔化組合件（例如，一熔化氣化爐1)中，熔化來自 還原總成2中所還原之批料的生鐵RE，以產生一還原氣 體。將該還原氣體引入該還原總成2，在該還原總成2中 以該還原氣體直接與該等批料接觸，發生至少部分還原成 海綿鐵。沒有任何進一步論述該還原氣體在進入該還原總 成2前之處理的進一部細節，因爲這是屬於習知技藝且對 該項技藝者係熟知的。 在該還原總成2中還原後，該還原氣體從該還原總成 2被排出成爲爐頂氣TG，且至少被傳送至乾式除塵器3或 濕式除塵器4及被純化。亦可結合在該乾式除塵器3中之 預純化與隨後的濕式除塵器4。爲了使用該爐頂氣之顯 熱，亦可以將該爐頂氣傳送至一廢熱回收器5(例如，一 熱交換器或一廢熱蒸汽產生器），因而在此情況中被冷卻。 使該純化及冷卻（如果適當的話爐頂氣）可用以做爲至該封 -17- .201026601 閉部B之輸出氣體。該工廠部a爲該輸出氣體源。除了此 輸出氣體源之外，另一相同或不同冶金廠或者其它用於天 然氣之部分氧化的燃燒室、以天然氣爲主之蒸汽重組器或 用於煤炭之氣化的空氣懸浮流量氣化爐（airborne flow gasifiers)亦可以做爲一氣體源。 在此，該輸出氣體先在一壓縮器6中被壓縮，以設定 該轉換反應器7或CO轉換所需之壓力。在壓縮前，亦可 藉一除塔裝置（tar removal device)8從該輸出氣體分離出 多苯環芳香烴（polyaromatic hydrocarbons)。於一熱交換器 11中之壓縮輸出氣體的任選加熱後，在經由來自該蒸汽產 生器10之蒸汽管線9而饋送至該轉換反應器7的蒸汽之添 加下發生CO轉換，進而發生CO及H2之數量部分的變動。 可透過所添加之水蒸氣的數量、溫度及壓力以導引方式控 制該反應，以產生該粗合成氣。 先藉由熱交換器11及12及預加熱器13(預加熱器13 φ 亦可以設計成爲一熱交換器）冷卻該粗合成氣，以及如果適 當的話，可藉由另一水冷器14冷卻該粗合成氣，這些組合 件係配置在一粗氣管線19中。任選地，可以藉由一廢熱蒸 汽產生器15冷卻該熱粗合成氣，以及在此情況中，該廢熱 蒸汽產生器15係用以產生水蒸氣。然後，將該冷卻粗合成 氣傳送至一用以從該粗合成氣分離出硫及C02之分離裝置 16。將硫及 C 〇2傳送至一脫硫階段（desulfurization stage)17。在此’將該硫與C02分離，以便形成一硫餅SK。 -18- 201026601 然後，可使用該實際無硫c〇2做爲在冶金程序中（例如，在 氣體阻隔（gas barriers)中）之處理氣體，或者排放至大氣中。 接著，在一壓縮器18之壓縮後’將該純化合成氣饋送 至該預加熱器13，以及使用來自該粗合成器之廢熱加熱在 從該轉換反應器7出現後之純化粗合成氣。然後，如果適 當的話，將該加熱粗合成氣傳送至一精細脫硫階段20，以 在一根據氧化鋅吸附或活化炭方法之吸附塔中分離出硫或 硫化氫（H2S)。此吸附處理通常在約200至400。C之溫度發 生。如需要的話，可以藉由該熱交換器12進一步加熱該脫 硫及熱粗合成氣，以設定有助於隨後化學利用之約200至 4 5 0°C的溫度。爲了調節目的，可以安排該壓縮輸出氣體 經由一旁路管線2 1通過該轉換反應器或該熱交換器11。 該轉換反應器7及該分離裝置16兩者需要大量用於操 作之水蒸氣。爲此目的，該輸出氣體源亦經由一管線連接 至一.蒸汽產生器10。在該蒸汽產生器中，藉由該輸出氣體 Q 之燃燒熱產生水蒸氣及經由蒸汽管線9a及9b將該水蒸氣 饋送至該轉換反應器7或該分離裝置16。任選地，亦可以 經由一額外蒸汽管線9c供應該等蒸汽管線9a及9b，此額 外蒸汽管線9c係有關於來自冶金程序、氣體處理或該合成 程序之廢熱且例如藉由使用熱處理媒介物的廢熱蒸氣產生 器所已產生的水蒸氣。 除了該蒸汽產生器10之外，該工廠部C亦包括一用於 該輸出氣體之部分的中間儲存之儲氣器22，進而能補償該 -19- 201026601 輸出氣體之數量及/或卡値的變動。假如存在有過多輸出氣 體’亦可以經由一用於其它用途（例如，在煤炭乾燥廠（C〇al drying plants)、核狀煤屑乾燥廠（nutty si ack drying plants) 或礦石乾燥廠（ore dryig plants))之排氣管線23來利用此過 多輸出氣體。使在該分離裝置16中所形成之濃縮物經由一 濃縮物管線24再循環至該蒸汽產生器1〇中。 該純化及加熱粗合成氣可用以例如做爲在化學合成程 序SPi-SP*中之甲烷、甲醇、羥基合成醇（0X0-alcohols)抑 或Fischer-Tropsch燃料之生產的原料，在每一情況中，使 該粗合成氣與該合成程序協調。爲此目的，首先，除了壓 力及溫度之外，設定C0對112之數量比。可使來自該合成 程序之清掃氣經由一清掃氣管線30與該輸出氣體之另一 部分混合及傳送至該儲氣器22，以及接著，在蒸汽產生器 10中燃燒。 第2圖顯示一相似於第1圖之工廠，該工廠部A係由 FINEX®熔融還原廠所構成。使在該熔化氣化爐中所形成之 還氣氣體連接經過流體化床反應器Rl、R2、R3及R4及在 此情況中朝相反於在該等流體化床反應器Rl、R2、R3及 R4中所還原之精細礦石的流動方向流動及接著在該熔化 氣化爐1中熔化。使在該流體化床反應器R4所排出做爲廢 氣0G之還原氣體在一熱交換器29中冷卻以及，在除塵 後，可用以做爲輸出氣體。可將來自一 C02移除廠28(例 如，一壓應力吸收廠）之尾氣與輸出氣體一起傳送至該儲氣 -20- .201026601 器22及用以在該蒸汽產生器10中產生水蒸氣。 第3圖顯示一基本相同工廠，該工廠部a係由一具 連接供應組合件之鼓風爐所構成。先在一乾式除塵器26 使來自該鼓風爐25之爐頂氣除塵，如果適當的話，隨後 一濕式除塵器27中中進一步純化及可用以爲該工廠部B C之輸出氣體。此外，可以同樣地將來自一C〇2移除廠 之尾氣與輸出氣體一起傳送至該儲氣器22及用以在該 汽產生器10中產生水蒸氣。 ❹ 【圖式簡單說明】 第1圖係根據一”COREX®”型熔融還原廠之本發明 方法之示圖。 第2圖係根據一”FINEX®”型熔融還原廠之本發明的 法之示圖。 第3圖係根據一鼓風爐之本發明的方法之示圖。 【主要元件符號說明】 φ 1 熔化氣化爐 2 還原總成 3 乾式除塵器 4 濕式除塵器 · 5 廢熱回收器 6 壓縮器 7 轉換反應器 8 除塔裝置 有 中 在 或 28 蒸 的 方 -21- 201026601

9 蒸 汽 管 線 10 蒸 汽 產 生 器 11 熱 交 換 器 12 熱 交 換 器 13 預 加 熱 器 14 水 冷 器 15 廢 熱 蒸 汽 產 生器 16 分 離 裝 置 17 脫 硫 階 段 18 壓 縮 器 19 粗 氣 管 線 20 精 細 脫 硫 階 段 2 1 旁 路 管 線 22 儲 氣 器 23 排 氣 管 線 24 濃 縮 物 管 線 25 鼓 風 爐 26 乾 式 除 塵 器 27 濕 式 除 塵 器 28 C02 移 除 廠 29 熱 交 換 器 3 0 清 掃 氣 管 線 -22

Claims (1)

1. 201026601 七、申請專利範圍： 1. 一種用以根據來自一冶金程序之輸出氣體產生一包含氫 氣（h2)及一氧化碳（CO)之氣體以做爲一用於合成製程中 之化學利用的原料之方法，使該輸出氣體之至少一部分 在水蒸氣之添加下，於一轉換反應器中經歷CO轉換，以 及形成具有一 112對CO的定義數量比之粗合成氣，其特 徵在於：經由該輸出氣體之CO轉換，將在至少一蒸汽產 生器中所形成之水蒸氣傳送至該轉換反應器。 Ο 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該冶金程序係 一熔融還原程序，該熔融還原程序係以一鼓風爐或以一 熔化氣化爐來操作，該爐結合至少一還原總成，特別是 一還原豎井或一流體化床反應器工作，使含氧化鐵原 料，特別是鐵礦、團礦或燒結物及聚集體還原，以便形 成一還原氣體，以及接著熔化成液態生鐵。 3.如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中從來自一 _ 鼓風爐或一還原豎井之爐頂氣或從來自一流體化床反應 器之廢氣或從來自一溶化氣化爐之過量氣體或從這些氣 體之混合物獲得該輸出氣體。 4·如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中藉由該 輸出氣體之至少另一部分的燃燒及/或藉由使用來自該冶 金程序及/或來自CO轉換及/或來自該等合成程序之廢熱 在該蒸汽產生器中產生水蒸氣。 5.如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中爐頂氣 及/或廢氣被特別地以乾式作除塵，及/或藉由以濕式作除 -23- 201026601 塵被純化，或藉由一廢熱蒸汽產生器或一熱交換器被冷 卻及可用以做爲輸出氣體。 6. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中在將該 輸出氣體饋入該轉換反應器前，或者在從該轉換反應器 排放該輸出氣體後，藉由一壓縮器壓縮該輸出氣體，或 在從該輸出氣體分離出多.苯環芳香烴後，壓縮該輸出氣 體。 7. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中在該輸 出氣體之加熱後，特別是在3 00-4 5 0°C下發生CO轉換。 8. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中藉由操 作成爲一預加熱組合件之一個或多個熱交換器及/或藉由 一水冷器及/或藉由一廢熱蒸汽產生器來冷卻該粗合成 氣，以便設定溫度。 9. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中該粗合 成氣先被冷卻及然後被傳送至一分離程序，特別是一吸 Q 附程序，最好是物理吸附或化學吸附或物理/化學吸附， 其中使硫及C〇2至少部分，特別是大部分完全與該粗合 成氣分離。 10·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中加熱在該分離 程序中所處理之粗合成氣至200-400。(：之溫度，以及特 別是藉由氧化鋅或活化木炭在一精細脫硫階段中使該 粗合成氣脫硫。 11·如申請專利範圍第8至10項中任一項所述之方法，其 -24- 201026601 中使用在該熱交換器中之粗合成氣的冷卻期間所發生 的廢熱來加熱在該分離程序中所處理之粗合成氣。 12. 如申請專利範圍第8至11項中任一項所述之方法，其 中將在該廢熱蒸汽產生器中之冷卻期間所發生之水蒸 氣傳送至該轉換反應器，以便用於CO轉換。 13. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中以一熱 交換器將特別在該分離程序中所處理之粗合成氣加熱 至200-450°C之溫度。 14. 如申請專利範圍第10至13項中任一項所述之方法，其 中在該進一步精細脫硫階段前及/或在該合成程序 前，以一壓縮器壓縮該粗合成氣。 15. 如申請專利範圍第9至14項中任一項所述之方法，其 中在一硫再生裝置中使個別硫與個別co2分離，該剩餘 C02能被使用在該冶金程序中來取代氮，特別是用於相 對於大氣之氣體阻隔。 _ 16.如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中該輸出 氣體之另一部分在該蒸汽產生器中燃燒前在中途被儲 存於一儲氣器中，以便補償該輸出氣體之數量及/或卡 値的變動。 17. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中封閉該 輸出氣體之部分，以做爲在其它加熱裝置中之燃料氣 體。 18. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中將該粗 -25- 201026601 ο C 對 2 Η 之 氣 成 合 成 定 設 度 溫 或 / 函 及的 力序 壓程 域成 及合 比該 量之 數氣 之成 合 粗 該 m: 理 處 以 用 爲 數 19. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中將做爲 能量載體之在該蒸汽產生器中所形成的水蒸氣之至少 部分傳送至該分離程序，發生該C02從在該分離程序中 所使用之吸收液的熱排除。 20. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中在該輸 出氣體中之1對<：0的數量比係受該冶金程序中之水 ❹ 及/或水蒸氣的添加之影響及因而，適合於一隨後合成 程序。 21. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中使來自 該冶金程序之一 C02移除裝置的尾氣與該輸出氣體之 另一部分混合及在該蒸汽產生器中燃燒。 2 2.如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中使來自 該合成程序之清掃氣與該輸出氣體之另一部分混合及 Q 在該蒸汽產生器中燃燒。 23. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中來自該 冶金程序之廢熱係使用於水蒸氣之生產，以及傳送在此 情況中所產生之水蒸氣至該轉換反應器及/或該分離程 序。 24. 如上述申請專利範圍中任一項所述之方法，其中除了該 輸出，特別是天然氣、柏油、煤炭或揮發油。 25. —種用以根據來自冶金製程之輸出氣體產生包含氫氣 -26- 201026601 (Η2)及一氧化碳（C0)之氣體以做爲用於合成製程中之 化學利用的原料之設備，該設備具有至少一轉換反應器 (7)、至少一蒸汽產生器（1〇)及至少一輸出氣體源，其特 徵在於：該輸出氣體源管線連接至該轉換反應器（7)，以 致於可在水蒸氣之添加下，使該輸出氣體之至少一部分 在該轉換反應器（7)中經歷CO轉換，以便形成一具有一 H2對CO之定義數量比的粗合成氣，以及再者，該輸出 氣體源管線連接至該蒸汽產生器（10)，以致於可在該蒸 汽產生器（10)中至少部分燃燒該輸出氣體之另一部 分，以便形成水蒸氣，以及該形成水蒸氣係經由一蒸汽 管線（9a)傳送至該轉換反應器（7)。 26. 如申請專利範圍第25項所述之設備，其中提供一用以 從該粗合成氣分離出硫與C02之分離裝置（16)，該分離 裝置（16)經由一粗氣管線（19)連接至該轉換反應器（7)。 27. 如申請專利範圍第25或26項所述之設備，其中提供一 從該蒸汽產生器（1〇)通向該分離裝置（16)之蒸汽管線 (9b)，以便可傳送水蒸氣至該分離裝置（16)。 2 8.如申請專利範圍第25至27項中任一項所述之設備，其 中在該粗氣管線（19)中提供一熱交換器（12)及/或預加 熱器（13)及/或一水冷器（14)及/或一廢熱蒸汽產生器 (15)，以便冷卻從該轉換反應器（7)所獲得之粗合成氣。 29.如申請專利範圍第25至28項中任一項所述之設備，其 中爲了使殘餘硫與在該分離裝置（16)中已處理之粗合 -27- 201026601 成氣分離’提供一精細脫硫階段（20)，特別是根據氧化 鋅或活性木炭。 3〇.如申請專利範圍第25至29項中任一項所述之設備，其 中提供至少一用以在引入該轉換反應器（7)前壓縮該輸 出氣體之壓縮器（6)，特別是一單段或多段壓縮器，及/ 或一用以在引入該分離裝置（16)或引入該脫硫階段（20) 前壓縮該粗合成氣之壓縮器。 31. 如申請專利範圍第25及30項中任一項所述之設備，其 〇 中該分離裝置（16)，如果適當的話，經過該預加熱器 (13)，管線連接至該精細脫硫階段（2 0)，所以於可在該 粗合成氣被引入該精細脫硫階段（20)前，加熱該粗合成 氣。 32. 如申請專利範圍第26至31項中任一項所述之設備，其 中提供一用以從在該分離裝置中所分離出之硫與C02 的混合物使硫再生之硫再生裝置（17)。 Q 33.如申請專利範圍第25至32項中任一項所述之設備，其 中該輸出氣體源係一熔融還原廠及特別包括一鼓風爐 (25)或一具有至少一還原總成（2、111、112、113、114)之 熔化氣化爐（1)。 34.如申請專利範圍第33項所述之設備，其中該還原總成 係設計成爲一鼓風爐（2 5)或一還原豎井（2)或一流體化 床反應器（R1)或至少兩個串接流體化床反應器（R1、 R2、R3、R4)。 -28- 201026601 3 5 .如申請專利範圍第25至34項中任一項所述之設備，其 中提供一用於在該輸出氣體之另一部分在該蒸汽產生 器（10)中燃燒前該輸出氣體之另—部分的中間儲存之 儲氣器（22)，以便可補償該輸出氣體之數量及/或卡値 的變動。 36.如申請專利範圍第25至35項中任一項所述之設備，其 中提供一用以從該輸出氣體移除多苯瓌芳香烴之除塔 裝置，該除塔裝置係配置在該輸出氣體源與該轉換反應 器（7)間之連接管線中。 3 7.如申請專利範圍第25至36項中任一項所述之設備，其 中該廢熱回收器（5)及/或該熱交換器（12)及/或該預加 熱器（13)提供用以產生水蒸氣及管線連接至該轉換反 應器（7)，所以可將所形成之水蒸氣傳送至該轉換反應 器⑺。 ❹ -29-